MEMS麦克风及其形成方法技术

一种MEMS麦克风及其形成方法，其特征在于，MEMS麦克风的形成方法包括：提供第一晶圆，正面形成有导电极板，导电极板包括振动区和支撑区；对应振动区位置，在导电极板中形成若干通孔；对应振动区和支撑区位置，在导电极板上和通孔中形成第一牺牲层；对应支撑区位置，在第一牺牲层中形成若干凹槽，凹槽贯穿第一牺牲层侧壁；在凹槽中形成第二牺牲层；在第一、二牺牲层上形成振动膜；对应振动区位置，在第一晶圆背面形成背腔，并去除对应振动区位置的第一牺牲层和第二牺牲层。MEMS麦克风间隙中的空气穿过凹槽排出，空气对声音传播的阻尼减弱，到达振动膜的声音能量较大，提升了MEMS麦克风的灵敏性，MEMS麦克风的性能较佳。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及MEMS
，特别涉及一种MEMS麦克风及其形成方法。
技术介绍
米用微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)工艺的 MEMS 麦克风由于其小型化和轻薄化的特点，正逐渐取代传统的驻极体电容器麦克风(ElectretCapacitance Microphone, ECM)。参照图1，现有的一种MEMS麦克风包括:导电极板I;位于导电极板I中的若干间隔分布的通孔11 ;位于导电极板I上的振动膜2、位于振动膜2和导电极板I之间的支撑层4,支撑层4用来支撑振动膜2。支撑层4为环形封闭结构，支撑层4围成间隙3，间隙3为振动膜2提供振动空间。导电极板I和振动膜2与外部电路电连接，导电极板I与振动膜2构成一个电容。当声音作用于振动膜2的上表面时，会引起振动膜2振动，改变导电极板I与振动膜2之间的间距，引起电容值变化，从而实现声音信号转换成电信号。但是，现有的MEMS麦克风性能不佳。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是，现有的MEMS麦克风性能不佳。为解决上述问题，本专利技术提供一种MEMS麦克风的形成方法，该MEMS麦克风的形成方法包括:提供第一晶圆，所述第一晶圆具有正面和背面，在所述正面形成有导电极板，所述导电极板包括振动区和环绕所述振动区的支撑区；对应所述振动区位置，在所述导电极板中形成若干间隔分布的通孔；对应所述振动区和支撑区位置，在所述导电极板上和通孔中形成第一牺牲层；对应所述支撑区的位置，在所述第一牺牲层中形成若干凹槽，所述若干凹槽沿环绕振动区的周向方向间隔分布，所述凹槽贯穿第一牺牲层侧壁；在所述凹槽中形成第二牺牲层，所述第二牺牲层的材料与第一牺牲层的材料不同；在所述第一牺牲层和第二牺牲层上形成振动膜；对应所述振动区位置，在所述第一晶圆背面形成背腔，所述背腔贯穿第一晶圆正面，之后，去除对应振动区位置的第一牺牲层和第二牺牲层。可选地，所述振动膜与导电极板之间的间距范围为0.5 μ m?5 μ m。可选地，所述振动膜的材料为SiGe、Si或者Al。可选地，所述振动膜的材料为SiGe，所述第一牺牲层的材料为Ge，所述第二牺牲层的材料为S12或51久。可选地，去除对应振动区位置的第一牺牲层和第二牺牲层的方法包括:第一次刻蚀，去除对应振动区位置的第一牺牲层至露出第二牺牲层；第二次刻蚀，去除所述第二牺牲层。可选地，所述第一次刻蚀为干法刻蚀或湿法刻蚀。可选地，所述第二次刻蚀为湿法刻蚀，使用的刻蚀剂为稀释氢氟酸溶液，在所述氢氟酸溶液中，各成分的体积比为H2O = HF = 100:1?50:1，溶液的温度范围为22.5°C?23.5°C，刻蚀时间范围5min?25min。可选地，在所述第一晶圆背面形成背腔的方法包括:在所述第一晶圆正面和振动膜上形成钝化层，所述第一晶圆正面的钝化层高于振动膜；提供第二晶圆，所述第二晶圆具有正面和背面；翻转所述第一晶圆，将所述钝化层与第二晶圆正面键合；在所述第一晶圆背面形成背腔；在去除对应振动区位置的第一牺牲层和第二牺牲层后，将所述钝化层与第二晶圆剥离。可选地，在形成所述导电极板前，在所述第一晶圆正面形成第三牺牲层，所述导电极板覆盖第三牺牲层；在去除所述第一牺牲层时，也去除对应振动区位置的所述第三牺牲层。可选地，所述第一牺牲层的数量为两层，两层第一牺牲层叠置在一起；顶层第一牺牲层中凹槽分布密度小于底层第一牺牲层中凹槽分布密度。本专利技术还提供一种MEMS麦克风，该MEMS麦克风包括:第一晶圆,所述第一晶圆具有正面和背面，在所述正面形成有导电极板，所述导电极板包括振动区和环绕所述振动区的支撑区；对应所述振动区的位置，位于所述第一晶圆背面的背腔，所述背腔露出导电极板；对应所述振动区位置，位于所述导电极板中的若干间隔分布的通孔；位于所述导电极板上的振动膜、位于所述导电极板和振动膜之间的第一牺牲层，所述第一牺牲层对应所述支撑区的位置，对应所述振动区的位置，所述振动膜与导电极板之间具有间隙；位于所述第一牺牲层中的若干凹槽，所述若干凹槽沿环绕振动区的周向方向间隔分布，所述凹槽贯穿第一牺牲层的两侧壁。可选地，所述振动膜与导电极板之间的间距范围为0.5 μ m?5 μ m。可选地，所述振动膜的材料为SiGe、Si或者Al。可选地，所述振动膜的材料为SiGe，所述第一牺牲层的材料为Ge。可选地，还包括:对应所述支撑区位置，位于所述第一晶圆的正面与导电极板之间的第三牺牲层。可选地，所述第一牺牲层的数量为两层，两层第一牺牲层叠置在一起；顶层第一牺牲层中凹槽分布密度小于底层第一牺牲层中凹槽分布密度。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点:在去除对应振动区的第一牺牲层和第二牺牲层后，在第一牺牲层中对应第二牺牲层的位置形成凹槽，该凹槽贯穿第一牺牲层侧壁，连通振动膜与导电极板之间的间隙和外部环境。在MEMS麦克风工作时,声音作用在振动膜上表面,振动膜受压而朝向导电极板振动导致振动膜与导电极板之间间隙中空气受压。由于振动膜与导电极板之间间隙内的空气可以通过第一牺牲层中的凹槽与外界空气相通，受压的空气能够从间隙中排出，以使得振动膜与导电极板之间间隙内的压强与外界环境压强趋于平衡，减小了空气压缩对振动膜运动的阻碍。这样，作用在振动膜上表面的声音能量绝大部分甚至全部转化为振动膜的机械振动，增大MEMS的Q值，提升了 MEMS麦克风的灵敏性，MEMS麦克风的性能较佳。【附图说明】图1是现有技术的MEMS麦克风的剖面结构示意图；图2?图19是本专利技术具体实施例的MEMS麦克风在形成过程各个阶段的示意图。【具体实施方式】专利技术人针对现有技术存在的问题进行了分析，发现:参照图1，在间隙3中存在空气，当声音作用于振动膜2的上表面而引起振动膜2的振动，振动膜2振动时可以压缩部分空气沿方向A朝导电极板I移动，该空气通过通孔11排出。但是还有部分空气沿水平方向B流动，由于支撑层4为环形封闭空间，这部分空气无法排出，会阻碍振动膜2的运动以形成阻尼。这样，作用在振动膜2上的声音能量中，一部分转化为振动膜2的振动机械能，另一部分为空气阻尼所消耗。作用在振动膜2上的声音能量与空气消耗的能量比值用Q表示，由于空气消耗了声音能量，使得Q降低，到达振动膜2的声音能量值降低，振动膜3振动振幅会减小，降低了振动膜3的灵敏性，造成MEMS麦克风的灵敏性下降，性能不佳，如声音音量较低。对此，专利技术人提出了一种新的MEMS麦克风及其形成方法。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。参照图2、图3，图2为俯视图，图3为图2沿AA方向的剖面结构示意图，提供第一晶圆10，第一晶圆10具有正面SI和背面S2，在正面SI形成有第三牺牲层33、位于第三牺牲层33上的导电极板11。导电极板11包括振动区1、环绕振动区I的支撑区I1、位于支撑区II外的电连接区III。在具体实施例中，第三牺牲层33和导电极板11的形成方法包括:在第一晶圆10正面沉积牺牲材料层、位于牺牲材料层上的导电材料层；接着使用光刻、刻蚀工艺，对牺牲材料层和导电材料层进行图形化，对应形成第三牺牲层33和导电极板11。当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS麦克风的形成方法，其特征在于，包括：提供第一晶圆，所述第一晶圆具有正面和背面，在所述正面形成有导电极板，所述导电极板包括振动区和环绕所述振动区的支撑区；对应所述振动区位置，在所述导电极板中形成若干间隔分布的通孔；对应所述振动区和支撑区位置，在所述导电极板上和通孔中形成第一牺牲层；对应所述支撑区的位置，在所述第一牺牲层中形成若干凹槽，所述若干凹槽沿环绕振动区的周向方向间隔分布，所述凹槽贯穿第一牺牲层侧壁；在所述凹槽中形成第二牺牲层，所述第二牺牲层的材料与第一牺牲层的材料不同；在所述第一牺牲层和第二牺牲层上形成振动膜；对应所述振动区位置，在所述第一晶圆背面形成背腔，所述背腔贯穿第一晶圆正面，之后，去除对应振动区位置的第一牺牲层和第二牺牲层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何昭文，李曼曼，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31